Giáo trình Cấu trúc máy tính - Ngh: Quản trị mạng
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: CẤU TRÚC MÁY TÍNH
NGHỀ : QUẢN TRỊ MẠNG
TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG MẠNG
Ban hành kèm theo Quyết định số:
/QĐ-CĐN… ngày…….tháng….năm .........
…………........... của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề tỉnh BR - VT
Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2015
1
LỜI GIỚI THIỆU
Cấu trúc máy tính là một trong các lĩnh vực khoa học cơ sở của ngành Khoa
học máy tính nói riêng và Công nghệ thông tin nói chung. Cấu trúc máy tính là khoa
học về lựa chọn và ghép nối các thành phần phần cứng của máy tính nhằm đạt được
các mục tiêu về hiệu năng cao, tính năng đa dạng và giá thành thấp. Môn học Cấu
trúc máy tính là môn học cơ sở chuyên ngành trong chương trình đào tạo công nghệ
thông tin hệ đại học và cao đẳng. Mục tiêu của môn học là cung cấp cho sinh viên
các kiến thức cơ sở của cấu trúc máy tính, bao gồm bao gồm cấu trúc máy tính tổng
quát, cấu trúc bộ xử lý trung tâm và các thành phần của bộ xử lý trung tâm, cấu trúc
tập lệnh máy tính, cơ chế ống lệnh; hệ thống phân cấp của bộ nhớ, bộ nhớ trong, bộ
nhớ cache và các loại bộ nhớ ngoài; hệ thống bus và các thiết bị vào ra. Cấu trúc
máy tính là một lĩnh vực đã được phát triển trong một thời gian tương đối dài với
lượng kiến thức đồ sộ, nhưng do khuôn khổ của tài liệu có tính chất là bài giảng
môn học, tác giả cố gắng trình bày những vấn đề cơ sở nhất phục vụ mục tiêu môn
học. Nội dung của tài liệu được biên soạn thành sáu chương: Chương 5 là phần đại
cương giới thiệu các khái niệm cơ sở của cấu trúc máy tính, như lịch sử máy tính,
cách phân loại, các thành quả của máy tính và khái niệm thông tin , các hệ đếm và
cách tổ chức dữ liệu trên máy tính cũng được trình bày trong chương này. Chương 2
giới thiệu về khối xử lý trung tâm, nguyên tắc hoạt động và các thành phần của nó.
Khối xử lý trung tâm là thành phần quan trọng và phức tạp nhất trong máy tính,
đóng vai trò là bộ não của máy tính. Thông qua việc thực hiện các lệnh của chương
trình bởi khối xử lý trung tâm, máy tính có thể thực thi các yêu cầu của người sử
dụng. Chương 3 giới thiệu về tập lệnh của máy tính, bao gồm các khái niệm về lệnh,
dạng lệnh, các thành phần của lệnh; các dạng địa chỉ và các chế độ địa chỉ. Chương
cũng giới thiệu một số dạng lệnh thông dụng kèm ví dụ minh hoạ. Ngoài ra, cơ chế
ống lệnh – xử lý xen kẽ các lệnh cũng được đề cập. Chương 4 trình bày về bộ nhớ
trong: khái quát về hệ thống bộ nhớ và cấu trúc phân cấp của hệ thống nhớ; giới
3
thiệu các loại bộ nhớ ROM và RAM. Một phần rất quan trọng của chương là phần
giới thiệu về bộ nhớ cache - một bộ nhớ đặc biệt có khả năng giúp tăng tốc hệ thống
nhớ nói riêng và cả hệ thống máy tính nói chung. Chương 4 giới thiệu về bộ nhớ
ngoài, bao gồm các loại đĩa từ, đĩa quang, các hệ thống RAID, NAS và SAN. Bộ
nhớ ngoài là dạng bộ nhớ thường có dung lượng lớn và dùng để lưu trữ thông tin ổn
định, không phụ thuộc nguồn điện nuôi.
Chương 5 trình bày về hệ thống bus và các thiết bị ngoại vi. Phần trình bày về hệ
thống bus đề cập đến các loại bus như ISA, EISA, PCI, AGP và PCI-Express. Tài
liệu được biên soạn dựa trên kinh nghiệm giảng dạy môn học Cấu trúc máy tính, kết
hợp tiếp thu các đóng góp của đồng nghiệp và phản hồi từ sinh viên. Tài liệu có thể
được sử dụng làm tài liệu học tập cho sinh viên hệ cao đẳng các ngành công nghệ
thông tin. Trong quá trình biên soạn, mặc dù tác giả đã rất cố gắng song không thể
tránh khỏi có những thiếu sót. Tác giả rất mong muốn nhận được ý kiến phản hồi và
các góp ý cho các thiếu sót, cũng như ý kiến về việc cập nhật, hoàn thiện nội dung
của tài liệu.
4
MỤC LỤC
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN .................................................................................................3
LỜI GIỚI THIỆU.............................................................................................................4
MỤC LỤC....................................................................................................................6
CHƯƠNG 1 : ĐẠI CƯƠNG..............................................................................................13
1. Các thế hệ máy tính................................................................................................13
Lịch sử máy tính.............................................................................................13
Máy tính hiện tại và tương lai ........................................................................16
2. Phân loại máy tính..................................................................................................17
2.2 Theo kiến trúc....................................................................................................19
3. Thành quả của máy tính .........................................................................................21
4. Thông tin và sự mã hoá. .........................................................................................25
Khái niệm thông tin........................................................................................25
Hệ thống số ....................................................................................................26
Biểu diễn thông tin.........................................................................................28
Kí tự: ASCII, Unicode................................................................................31
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1.......................................................................................34
1. Thành phần cơ bản của một máy tính ....................................................................35
2. Định nghĩa kiến trúc máy tính................................................................................38
3. Kiểu thi hành một lệnh. ..........................................................................................39
4. Kiểu kiến trúc thanh ghi đa dụng ...........................................................................41
5. Tập lệnh..................................................................................................................42
Gán trị.................................................................................................................42
Lệnh có điều kiện. ..............................................................................................44
5.2.1. Ghi nhớ điều kiện . ...........................................................................................44
5
Nhảy vòng...................................................................................................45
Vòng lặp. ............................................................................................................46
Thâm nhập bộ nhớ ngăn xếp. .............................................................................46
Các thủ tục..........................................................................................................47
6. Toán hạng...............................................................................................................48
8. Kiểu định vị trong các bộ xử lý RISC ....................................................................52
8.1 Kiểu định vị thanh ghi. ......................................................................................52
8.2 Kiểu định vị tức thì............................................................................................52
8.3 Kiểu định vị trực tiếp.........................................................................................53
8.4 Kiểu định vị gián tiếp bằng thanh ghi độ + dời.................................................53
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2.......................................................................................55
CHƯƠNG 3: TỔ CHỨC BỘ XỬ LÝ................................................................................56
1. Đường đi dữ liệu.....................................................................................................56
2. Bộ điều khiển..............................................................................................................58
2.1 Bộ điều khiển điện tử ...........................................................................................58
2.2 Bộ điều khiển vi chương trình..............................................................................59
3. Diễn tiến thi hành lệnh mã máy..................................................................................60
4. Ngắt ............................................................................................................................62
5. Kỹ thuật ống dẫn ........................................................................................................63
5.1 Giới thiệu..............................................................................................................63
5.2 Khó khăn trong kỹ thuật ống dẫn .........................................................................65
Khó khăn do cấu trúc:.................................................................................65
Khó khăn do số liệu:...................................................................................65
5.2.3. Khó khăn do điều khiển...................................................................................66
6. Ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng .......................................................................67
6.1 Giới thiệu..............................................................................................................67
6.1.1. Siêu ống dẫn .....................................................................................................67
6.1.2. Siêu ống dẫn vô hướng.....................................................................................68
6
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3.......................................................................................70
CHƯƠNG 4: CAC CẤP BỘ NHỚ ....................................................................................71
1. Các loại bộ nhớ.......................................................................................................71
Thiết bị lưu trữ ...............................................................................................76
2. Các cấp bộ nhớ. ......................................................................................................81
Giới thiệu........................................................................................................81
Các cấp bộ nhớ...............................................................................................82
3. Cách truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ.......................................................................88
4. Hiểu về bộ nhớ Cache và cách tổ chức bộ .............................................................89
Hoạt động.......................................................................................................90
Sắp xếp khối ...............................................................................................90
Nhận diện khối............................................................................................91
Thay thế khối ..............................................................................................93
Chiến thuật ghi............................................................................................93
Các mức Cache ..............................................................................................95
Hiệu quả của Cache........................................................................................96
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 4.......................................................................................98
CHƯƠNG 5: THIẾT BỊ NHẬP XUẤT.............................................................................99
1. Đĩa từ......................................................................................................................99
Giới thiệu........................................................................................................99
Đĩa cứng.......................................................................................................100
2. ĐĨA QUANG .......................................................................................................106
Giới thiệu và nguyên lý................................................................................106
Các loại đĩa quang........................................................................................107
3. RAID ....................................................................................................................111
3.1. Giới thiệu RAID...........................................................................................111
7
Các kỹ thuật tạo RAID.................................................................................111
4. Băng từ .................................................................................................................114
5. Các chuẩn về BUS............................................................................................116
6. An toàn dữ liệu trong lưu trữ................................................................................121
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 5.................................................................................123
8
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC CẤU TRÚC MÁY TÍNH
Mã số của môn học: MH 13
Thời gian của môn học: 75 giờ ; (Lý thuyết: 40 giờ; Thực hành: 35 giờ)
I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT MÔN HỌC:
- Vị trí:Môn học được bố trí sau khi sinh viên học xong các môn học chung, các
môn học cơ sở chuyên ngành đào tạo chuyên môn nghề trước các môn học chuyên
môn nghề như lắp ráp; Sửa chữa máy tính…
- Tính chất: Là môn học chuyên ngành bắt buộc.
II. MỤC TIÊU MÔN HỌC:
- Trình bày được lịch sử của máy tính, các thế hệ máy tính và cách phân loại
máy tính.
- Trình bày được các thành phần cơ bản của kiến trúc máy tính, các tập lệnh.
Các kiểu kiến trúc máy tính: mô tả kiến trúc, các kiểu định vị.
- Trình bày được cấu trúc của bộ xử lý trung tâm: tổ chức, chức năng và nguyên
lý hoạt động của các bộ phận bên trong bộ xử lý. Mô tả diễn tiến thi hành một lệnh
mã máy và một số kỹ thuật xử lý thông tin: ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng.
- Nêu được chức năng và nguyên lý hoạt động của các cấp bộ nhớ.
- Trình bày được phương pháp an toàn dữ liệu trên thiết bị lưu trữ ngoài.
- Vận dụng các kiến thức khi tiếp cận những công nghệ phần cứng mới.
III. NỘI DUNG MÔN HỌC:
1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Thời gian
Số
Tên chương mục
Tổng
Lý
Thực
TT
số thuyết hành
I
Tổng quan
Các thế hệ máy tính
15
4
7
2
7
2
1
9
2
3
4
5
Phân loại máy tính
2
1
2
1
2
0
0
Thành quả của máy tính
Thông tin và sự mã hoá
Kiểm tra chương
7
5
1
1
II Kiến trúc phần mềm bộ xử lý
15
3
8
2
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Thành phần cơ bản của một máy tính
Định nghĩa kiến trúc máy tính
Kiểu thi hành một lệnh
1
1
1
0
2
1
1
Kiểu kiến trúc thanh ghi đa dụng
Tập lệnh
0.25
3
0.25
1.5
0.25
0.5
1.5
0
1.5
0
Toán hạng
0.25
0.5
3
Kiến trúc RISC( Reduced Instruction Set Computer)
Kiểu định vị trong các bộ xử lý RISC
Kiểm tra chương
0
1.5
2
2
III Tổ chức bộ xử lý
12
1
6
1
1
1
1
1
1
4
1
2
3
4
5
6
Đường đi dữ liệu
0
Bộ điều khiển
1
0
Diễn tiến thi hành lệnh mã máy
Ngắt
2
1
2
1
Kỹ thuật ống dẫn
2
1
Ống dẫn, siêu ống dẫn, siêu vô hướng
Kiểm tra chương
2
1
2
2
IV Bộ nhớ
15
4
9
4
2
1
5
1
2
3
Các loại bộ nhớ
0
Các cấp bộ nhớ
4
2
Cách truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ
3
2
10
4
Hiểu về bộ nhớ Cache và cách tổ chức bộ nhớ Cache
3
2
1
trong CPU
Kiểm tra chương
Thiết bị nhập xuất
Đĩa từ
1
18
3
1
6
1
1
2
0
0
2
2
V
1
2
3
4
5
6
7
10
2
Đĩa quang
3
2
RAID (Redundant Array of Independent Disks)
Băng từ
3
1
1
1
Các chuẩn về BUS
An toàn dữ liệu trong lưu trữ
Kiểm tra chương
2
2
4
2
2
11
CHƯƠNG 1 : ĐẠI CƯƠNG
Giới thiệu
Mục tiêu:
- Trình bày được lịch sử phát triển của máy tính.
- Trình bày được các thành phần cơ bản của một máy vi tính.
- Trình bày được các thành tựu của máy tính.
- Trình bày được khái niệm về thông tin.
- Trình bày các cách biến đổi cơ bản của hệ thống số, các bảng mã thông dụng
được dùng để biểu diễn các ký tự.
Nội dung
1. Các thế hệ máy tính.
1.1. Lịch sử máy tính
Sự phát triển của máy tính được mô tả dựa trên sự tiến bộ của các công nghệ chế
tạo các linh kiện cơ bản của máy tính như: bộ xử lý, bộ nhớ, các ngoại vi,.. .Ta có
thể nói máy tính điện tử số trải qua bốn thế hệ liên tiếp. Việc chuyển từ thế hệ trước
sang thế hệ sau được đặc trưng bằng một sự thay đổi cơ bản về công nghệ.
Thế hệ đầu tiên (1946-1957)
Hình 1.1: Máy tính ENIAC
12
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) là máy tính điện tử số đầu
tiên do Giáo sư Mauchly và người học trò Eckert tại Đại học Pennsylvania thiết kế
vào năm 1943 và được hoàn thành vào năm 1946. Đây là một máy tính khổng lồ
với thể tích dài 20 mét, cao 2,8 mét và rộng vài mét. ENIAC bao gồm: 18.000 đèn
điện tử, 1.500 công tắc tự động, cân nặng 30 tấn, và tiêu thụ 140KW giờ. Nó có 20
thanh ghi 10 bit (tính toán trên số thập phân). Có khả năng thực hiện 5.000 phép
toán cộng trong một giây. Công việc lập trình bằng tay bằng cách đấu nối các đầu
cắm điện và dùng các ngắt điện.
Giáo sư toán học John Von Neumann đã đưa ra ý tưởng thiết kế máy tính IAS
(Princeton Institute for Advanced Studies): chương trình được lưu trong bộ nhớ, bộ
điều khiển sẽ lấy lệnh và biến đổi giá trị của dữ liệu trong phần bộ nhớ, bộ làm
toán và luận lý (ALU: Arithmetic And Logic Unit) được điều khiển để tính toán
trên dữ liệu nhị phân, điều khiển hoạt động của các thiết bị vào ra. Đây là một ý
tưởng nền tảng cho các máy tính hiện đại ngày nay. Máy tính này còn được gọi là
máy tính Von Neumann.
Vào những năm đầu của thập niên 50, những máy tính thương mại đầu tiên được
đưa ra thị trường: 48 hệ máy UNIVAC I và 19 hệ máy IBM 701 đã được bán ra.
Thế hệ thứ hai (1958-1964)
Công ty Bell đã phát minh ra transistor vào năm 1947 và do đó thế hệ thứ hai
của máy tính được đặc trưng bằng sự thay thế các đèn điện tử bằng các transistor
lưỡng cực. Tuy nhiên, đến cuối thập niên 50, máy tính thương mại dùng transistor
mới xuất hiện trên thị trường. Kích thước máy tính giảm, rẻ tiền hơn, tiêu tốn năng
lượng ít hơn. Vào thời điểm này, mạch in và bộ nhớ bằng xuyến từ được dùng.
Ngôn ngữ cấp cao xuất hiện (như FORTRAN năm 1956, COBOL năm 1959,
ALGOL năm 1960) và hệ điều hành kiểu tuần tự (Batch Processing) được dùng.
Trong hệ điều hành này, chương trình của người dùng thứ nhất được chạy, xong
đến chương trình của người dùng thứ hai và cứ thế tiếp tục.
13
Thế hệ thứ ba (1965-1971)
Thế hệ thứ ba được đánh dấu bằng sự xuất hiện của các mạch kết (mạch tích
hợp - IC: Integrated Circuit). Các mạch kết độ tích hợp mật độ thấp (SSI: Small
Scale Integration) có thể chứa vài chục linh kiện và kết độ tích hợp mật độ trung
bình (MSI: Medium Scale Integration) chứa hàng trăm linh kiện trên mạch tích
hợp.
Mạch in nhiều lớp xuất hiện, bộ nhớ bán dẫn bắt đầu thay thế bộ nhớ bằng
xuyến từ. Máy tính đa chương trình và hệ điều hành chia thời gian được dùng.
Thế hệ thứ tư (1972-????)
Thế hệ thứ tư được đánh dấu bằng các IC có mật độ tích hợp cao (LSI: Large
Scale Integration) có thể chứa hàng ngàn linh kiện. Các IC mật độ tích hợp rất cao
(VLSI: Very Large Scale Integration) có thể chứa hơn 10 ngàn linh kiện trên
mạch. Hiện nay, các chip VLSI chứa hàng triệu linh kiện.
Với sự xuất hiện của bộ vi xử lý (microprocessor) chứa cả phần thực hiện và
phần điều khiển của một bộ xử lý, sự phát triển của công nghệ bán dẫn các máy vi
tính đã được chế tạo và khởi đầu cho các thế hệ máy tính cá nhân.
Các bộ nhớ bán dẫn, bộ nhớ cache, bộ nhớ ảo được dùng rộng rãi.
Các kỹ thuật cải tiến tốc độ xử lý của máy tính không ngừng được phát triển:
kỹ thuật ống dẫn, kỹ thuật vô hướng, xử lý song song mức độ cao,...
Việc chuyển từ thế hệ thứ tư sang thế hệ thứ 5 còn chưa rõ ràng. Người Nhật
đã và đang đi tiên phong trong các chương trình nghiên cứu để cho ra đời thế hệ
thứ 5 của máy tính, thế hệ của những máy tính thông minh, dựa trên các ngôn ngữ
trí tuệ nhân tạo như LISP và PROLOG,... và những giao diện người - máy thông
minh. Đến thời điểm này, các nghiên cứu đã cho ra các sản phẩm bước đầu và gần
đây nhất (2004) là sự ra mắt sản phẩm người máy thông minh gần giống với con
người nhất: ASIMO (Advanced Step Innovative Mobility: Bước chân tiên tiến của
đổi mới và chuyển động). Với hàng trăm nghìn máy móc điện tử tối tân đặt trong
14
cơ thể, ASIMO có thể lên/xuống cầu thang một cách uyển chuyển, nhận diện
người, các cử chỉ hành động, giọng nói và đáp ứng một số mệnh lệnh của con
người. Thậm chí, nó có thể bắt chước cử động, gọi tên người và cung cấp thông tin
ngay sau khi bạn hỏi, rất gần gũi và thân thiện. Hiện nay có nhiều công ty, viện
nghiên cứu của Nhật thuê Asimo tiếp khách và hướng dẫn khách tham quan như:
Viện Bảo tàng Khoa học năng lượng và Đổi mới quốc gia, hãng IBM Nhật Bản,
Công ty điện lực Tokyo. Hãng Honda bắt đầu nghiên cứu ASIMO từ năm 1986
dựa vào nguyên lý chuyển động bằng hai chân. Cho tới nay, hãng đã chế tạo được
50 robot ASIMO.
Các tiến bộ liên tục về mật độ tích hợp trong VLSI đã cho phép thực hiện các
mạch vi xử lý ngày càng mạnh (8 bit, 16 bit, 32 bit và 64 bit với việc xuất hiện các
bộ xử lý RISC năm 1986 và các bộ xử lý siêu vô hướng năm 1990). Chính các bộ
xử lý này giúp thực hiện các máy tính song song với từ vài bộ xử lý đến vài ngàn
bộ xử lý. Điều này làm các chuyên gia về kiến trúc máy tính tiên đoán thế hệ thứ 5
là thế hệ các máy tính xử lý song song.
1.2. Máy tính hiện tại và tương lai
Các nhà khoa học về máy tính đều thừa nhận máy tính lượng tử hứa hẹn sẽ
tạo nên một cuộc cách mạng trong công nghệ máy tính tương lai. Vậy máy tính
lượng tử đang phát triển ở mức độ nào và con người sẽ khai thác năng lượng từ cơ
học lượng tử như thế nào? Đó là mối quan tâm của không chỉ người sử dụng máy
tính mà còn là mối quan tâm của các nhà nghiên cứu và hãng máy tính.
Ý tưởng máy tính lượng tử được đề xuất lần đầu tiên vào năm 1980 bởi nhà toán
học người Đức gốc Nga Yuri Manin bằng cách sử dụng các hiệu ứng chồng chập và
vướng víu lượng tử để thực hiện các tính toán trên dữ liệu đưa vào. Khác với máy tính kỹ
thuật số dựa trên tranzitor đòi hỏi cần phải mã hóa dữ liệu thành các chữ số nhị phân, mỗi
số được gán cho 1 trong 2 trạng thái nhất định là 0 hoặc 1, tính toán lượng tử sử dụng các
bit lượng tử ở trong trạng thái chồng chập để tính toán. Điều này có nghĩa là ở cùng một
15
thời điểm, 1 bit lượng tử - đơn vị cơ bản của thông tin trong điện toán, viết tắt là qubit - có
thể có giá trị 0 và 1. Về mặt lý thuyết, một máy tính có nhiều qubit có khả năng xử lý một
lượng tác vụ vô cùng lớn như tính toán số học hoặc thực hiện tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu
lớn (Big data) trong thời gian nhanh hơn nhiều so với các máy tính thông thường.
Hiện nay, nhiều phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đã chế tạo ra các thiết bị có
khả năng thực hiện các phép tính lượng tử trên một số nhỏ qubit. Năm 2007, công ty D-
Wave tại Canada đã công bố chiếc máy tính lượng tử đầu tiên có khả năng thương mại hóa
mang tên D-Wave One. Tiếp theo, D-Wave cho ra đời phiên bản thứ 2 của máy tính lượng
tử mang tên D-Wave 2. Tháng 6/2011, Công ty D-Wave Systems, Inc., đã bán chiếc máy
tính lượng tử thương mại đầu tiên cho đối tác là công ty quốc phòng Lockheed Martin
(Bethesda,Maryland, Hoa Kỳ). Theo lý thuyết, D-Wave có khả năng giải quyết được
những vấn đề mà các siêu máy tính chưa làm được trên nhiều lĩnh vực, như mật mã, công
nghệ nano, trí tuệ nhân tạo...
Hãng D-Wave mô tả đó là một cỗ máy hoạt động theo phương pháp lượng tử và có
thể thực hiện tính toán. Tuy nhiên, D-Wave có rất ít các khách hàng do tính rủi ro. Bên
cạnh đó, chưa có ai có thể sử dụng D-Wave để thực hiện tính toán cụ thể như các máy tính
cổ điển. Gần đây, Google cũng đã bắt tay với NASA nhằm thực hiện nghiên cứu điện toán
lượng tử bằng cỗ máy D-Wave. Do đó, cho tới hiện tại, cỗ máy trên chỉ phục vụ cho công
tác nghiên cứu nhằm tiếp tục phát triển lý thuyết hơn là được sử dụng thực tiễn.
Smelyanskiy, nhà nghiên cứu cho dự án hợp tác nghiên cứu điện toán lượng tử giữa
NASA và Google, cho biết rằng dự án vẫn chưa đạt được thành tựu đột phá và vẫn cần ít
nhất là từ 15 đến 25 năm nữa để chứng minh khả năng ứng dụng thực tế của D-Wave.
Vậy khi nào chúng ta có thể sử dụng máy tính lượng tử như với máy tính cá nhân hiện
nay? Theo Smelyanskiy, chúng ta sẽ khó có thể sở hữu một máy tính lượng tử trong vài
thập kỷ tới. Hơn nữa, chức năng của máy tính lượng tử là giải quyết các vấn đề tính toán
lớn và rất phức tạp, chứ không giống như cách chúng ta sử dụng như máy tính cá nhân
truyền thống.
16
2. Phân loại máy tính.
2.1. Theo kích thước, công dụng ( tính năng và giá tiền)
teraflop tương đương với hiệu suất một nghìn tỷ phép tính/giây) hay bằng tổng hiệu
suất của 6.000 chiếc máy tính hiện đại nhất hiện nay gộp lại (một máy có tốc độ
khoảng từ 3-3,8 gigaflop).
-
biến hơn, nhu cầu sử dụng hệ thống giá thành thấp để dùng ở cấp độ phòng ban thay
vì ở cấp độ doanh nghiệp mang đến cơ hội cho các nhà kinh doanh máy tính mới
bước vào thị trường. Nhìn chung, mục tiêu về giá cả của các máy tính nhỏ hơn này
cầu của dòng máy tính này.
sử dụng chủ yếu bởi các công ty lớn như các ngân hàng, các hãng bảo hiểm... để
thống kê khách hàng và doanh nghiệp, và xử lý các giao tác thương mại.
17
(hệ điều hành MVS). Z có nghĩa Zero, Zero downtime, có nghĩa là máy có thể hoạt
động 24/24 giờ mỗi ngày, 7/7 ngày mỗi tuần, và 365/365 ngày không ngừng. So với
vững chắc, có thể nhận hàng ngàn lệnh cùng 1 lúc. Ví dụ máy IBM Z9 (2008) có thể
được cài 20 processor và đáp ứng 8000.000.000 (8 tỉ) lệnh 1 giây
Tính chất chủ yếu để phân biệt một máy chủ doanh nghiệp là ở tính ổn định vì ngay
cả một sự cố ngắn hạn cũng có thể gây thiệt hại hơn cả việc mua mới và cài đặt mới
gia có trục trặc, chỉ cần ngưng hoạt động trong vòng vài phút có thể cho thấy việc
thay thế toàn bộ hệ thống hiện tại bằng một hệ thống đáng tin cậy hơn vẫn là giải
pháp tốt hơn.
Workstation (một số tài liệu gọi là máy trạm) được sử dụng theo các nghĩa:
để chạy các ứng dụng kỹ thuật hoặc khoa học.Mục đích chính cho việc tạo ra máy
tính này là để phục vụ cho 1 người tại 1 thời điểm. có thể kết nối với nhau qua mạng
máy tính và phục vụ nhiều User cùng lúc. Một nhóm các máy trạm có thể xử lý các
Các máy trạm cung cấp hiệu suất cao hơn máy tính để bàn, đặc biệt là về CPU, đồ
họa, bộ nhớ và khả năng xử lý đa nhiệm. Nó được tối ưu hóa cho việc xử lý các loại
dữ liệu phức tạp như các bản vẽ 3D trong cơ khí, các mô phỏng trong thiết kế, vẽ và
tạo ra các hình ảnh động, các logic toán học. Thông thường các bộ phận giao tiếp
với máy trạm bao gồm: màn hình với độ phân giải cao, bàn phím và chuột. Đôi khi
18
cũng cấp kết nối với nhiều màn hình, máy tính bảng đồ họa và chuột 3D. Hiện nay,
thị trường máy trạm do các ông lớn trong ngành máy tính như DELL,HP... và bán
cũng các bản Windows/ Linux chạy trên CPU Intel Xeon/AMD Opteron.
giá cả, kích thước và sự tương thích của nó khiến nó hữu dụng cho từng cá nhân.
+ Máy tính để bàn( Desktop)
+ Máy tính xách tay ( laptop).
+ Máy tính bản
+ Thiết bị kỹ thuật số PDA
2.2 Theo kiến trúc
- Kiến trúc máy tính von-neumann
Sơ đồ kiến trúc máy tính von-Neumann Kiến trúc máy tính von-Neumann được nhà
toán học John von-Neumann đưa ra vào năm 1945 trong một báo cáo về máy tính
EDVAC như minh hoạ trên Hình 1.2 - Kiến trúc máy tính von-Neumann nguyên
thuỷ.
Hình 1.2: Kiến trúc máy tính von-Neumann nguyên thuỷ
Các máy tính hiện đại ngày nay sử dụng kiến trúc máy tính von-Neumann cải
tiến – còn gọi là kiến trúc máy tính von-Neumann hiện đại, như minh hoạ trên Hình
1.3.
19
Hình 1.3: Kiến trúc máy tính von-Neumann hiện đại
Các đặc điểm của kiến trúc von-Neumann Kiến trúc von-Neumann dựa trên 3
khái niệm cơ sở: (1) Lệnh và dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ đọc ghi chia sẻ - một
bộ nhớ duy nhất được sử dụng để lưu trữ cả lệnh và dữ liệu, (2) Bộ nhớ được đánh
địa chỉ theo vùng, không phụ thuộc vào nội dung nó lưu trữ và (3) Các lệnh của một
chương trình được thực hiện tuần tự. Quá trình thực hiện lệnh được chia thành 3 giai
đoạn (stages) chính: (1) CPU đọc (fetch) lệnh từ bộ nhớ, (2) CPU giải mã và thực
hiện lệnh; nếu lệnh yêu cầu dữ liệu, CPU đọc dữ liệu từ bộ nhớ; và (3) CPU ghi kết
quả thực hiện lệnh vào bộ nhớ (nếu có).
- Kiến trúc máy tính Harvard:
Kiến trúc máy tính Harvard là một kiến trúc tiên tiến như minh hoạ trên Hình 6.
Hình 1.4: Kiến trúc máy tính Harvard
20
Tải về để xem bản đầy đủ
134 trang
20700
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Cấu trúc máy tính - Ngh: Quản trị mạng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_cau_truc_may_tinh_ngh_quan_tri_mang.doc
